[發明專利]一種D-果糖溶液濃度檢測裝置和方法

無效

• 申請號: 201410502167.8
• 申請日: 2014-09-26
• 公開（公告）號: CN104459169A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 惠國華;金姣姣;韓圓圓;蔡艷萍;劉偉
• 申請（專利權）人: 浙江工商大學
• 主分類號: G01N35/00
• 分類號: G01N35/00;G01N27/26;G01N27/30
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

1.一種D-果糖溶液濃度檢測裝置，其特征在于：包括計算機(1)和數據采集裝置，所述數據采集裝置包括電化學工作站(2)、容器(3)、工作電極(4)和對電極(5)，所述容器(3)頂部設有蓋板(6)，所述工作電極(4)和對電極(5)正對設置在蓋板(6)下方，所述蓋板(6)上設有導向槽，所述導向槽內設有可沿導向槽運動的輸送機構(11)，所述導向槽包括呈漸開線形狀的通槽(7)以及與通槽(7)首尾相連的凹槽(16)，所述工作電極(4)頂部連接有第一連接柱(8)，所述第一連接柱(8)穿過蓋板(6)且位于通槽(7)的漸開線基圓中心，所述第一連接柱(8)與蓋板(6)轉動連接，所述對電極(5)頂部連接有第二連接柱(9)，所述第二連接柱(9)固定在輸送機構(11)上且穿過通槽(7)，所述第一連接柱(8)頂端通過伸縮桿(10)與第二連接柱(9)頂端固定連接，所述容器(3)底部設有攪拌機構(12)，所述計算機(1)分別與電化學工作站(2)、輸送機構(11)和攪拌機構(12)電連接，所述電化學工作站(2)還分別與工作電極(4)和對電極(5)電連接。

2.根據權利要求1所述的一種D-果糖溶液濃度檢測裝置，其特征在于：所述工作電極(4)為泡沫銅電極，所述對電極(5)為鉑片電極。

3.根據權利要求1或2所述的一種D-果糖溶液濃度檢測裝置，其特征在于：所述輸送機構(11)包括傳送帶(17)和驅動傳送帶(17)運動的驅動機構，所述傳送帶(17)套設在通槽(7)的內側壁和凹槽(16)的內側壁上，所述驅動機構與計算機(1)電連接。

4.根據權利要求3所述的一種D-果糖溶液濃度檢測裝置，其特征在于：所述傳送帶(17)表面設有齒條(18)，所述驅動機構包括與齒條(18)嚙合的齒輪(19)以及驅動齒輪(19)轉動的驅動電機，所述驅動電機與計算機(1)電連接。

5.根據權利要求1或2所述的一種D-果糖溶液濃度檢測裝置，其特征在于：所述攪拌機構包括設置在容器(3)底部的攪拌葉片(13)以及驅動攪拌葉片(13)轉動的伺服電機，所述伺服電機與計算機(1)電連接。

6.一種D-果糖溶液濃度檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：取25ml的0.1mol/L?NaOH溶液加入容器內，電化學工作站在工作電極和對電極之間施加+0.5V的恒電壓；

S2：取0.05ml的0.1mol/L?D-果糖溶液加入容器內并攪拌均勻，接著計算機通過輸送機構帶動對電極沿通槽運動，調整對電極與工作電極之間的距離，同時計算機通過電化學工作站檢測對電極位于不同位置時的電流密度值，最后使對電極停留在最大電流密度值所對應的位置，并記錄該電流密度值S(t)及容器內溶液的D-果糖濃度X；

S3：每間隔50秒取0.05ml的0.1mol/L?D-果糖溶液加入容器內并攪拌均勻，計算機通過電化學工作站檢測一次電流密度，如此循環檢測9次，并記錄每一次檢測的電流密度值S(t)及其對應的容器內溶液的D-果糖濃度X；

S4：計算機將檢測的10個電流密度值S(t)進行同樣的數據處理，計算出10個信噪比特征值，對每個電流密度值S(t)進行的數據處理包括以下步驟：

代入二階線性系統隨機共振模型d2x(t)dt2+[2r+ξ(t)+bξ2(t)]dx(t)dt+ω2x(t)=Acos(Ωt)+cS(t)]]>中，并使二階線性系統隨機共振模型共振，

其中，x(t)是振動質點的位移，Ω為角頻率，r和ω分別是設定的衰減系數和線性振動質點的頻率，S(t)是檢測的電流密度，c是設定的信號調解系數，b是設定的二次噪聲ξ²(t)的系數，ξ(t)為三歧噪聲，ξ(t)∈{-a，0，a}，a＞0，噪聲的歧化過程遵循泊松分布，其概率分布為p_s(a)＝p_s(-a)＝q，p_s(0)＝1-2q，其中0＜q＜0.5，

噪聲均值與相關性遵循<ξ(t)>＝0，<ξ(t)ξ(t+τ)>＝2qa²e^-λτ，

其中λ為相關率，三歧噪聲ξ(t)的平直度為

利用公式SNR=rλΩ+2qa2bc(Ω3-Ω)1+2qa2b+5r-a2,]]>計算得到信噪比特征值SNR_特征；

S5：根據10個信噪比特征值SNR_特征及其對應的10個容器內溶液的D-果糖濃度X線性擬合得到濃度計算公式：SNR_特征＝0.75027+3.88974X；

S6：將容器清洗干凈，將待測D-果糖溶液加入容器內，計算機通過電化學工作站檢測一次電流密度，將檢測的電流密度值S(t)代入二階線性系統隨機共振模型，計算得到信噪比特征值SNR_特征，將信噪比特征值SNR_特征代入濃度計算公式：SNR_特征＝0.75027+5.88974X，計算出D-果糖溶液的濃度。

7.根據權利要求6所述的一種D-果糖溶液濃度檢測方法，其特征在于：所述步驟S1執行之前先檢測工作電極和對電極是否合格，如果不合格則更換工作電極和對電極，檢測工作電極和對電極是否合格的方法包括以下步驟：

N1：取25ml的0.1mol/L?NaOH溶液加入容器內并攪拌均勻，電化學工作站在工作電極和對電極之間施加電壓范圍為-0.2V-0.7V、掃描速度0.05V/S的掃描電壓進行掃描，電化學工作站檢測電流密度，并將其發送到計算機，計算機獲取電流密度最大值和電流密度最小值，并計算出電流密度最大值和電流密度最小值之間的差值A1；

N2：將容器清洗干凈，取15ml的0.1mol/L?NaOH溶液和10ml的0.1mmol/L?D-果糖溶液加入容器內并攪拌均勻，電化學工作站在工作電極和對電極之間施加電壓范圍為-0.2V-0.7V、掃描速度0.05V/S的掃描電壓進行掃描，電化學工作站檢測電流密度，并將其發送到計算機，計算機獲取電流密度最大值和電流密度最小值，并計算出電流密度最大值和電流密度最小值之間的差值A2；

N3：如果則計算機判斷工作電極和對電極是合格的，如果則計算機判斷工作電極或對電極不合格。